Sormijatketun rakennesahatavaran lujuuteen vaikuttavat tekijät puun jatkojalostuksessa

Diplomityö tehtiin Stora Enson Kiteen sahalla, tuotantokäytössä olevaa sormijatkoslinjaa tutkien. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää raaka-aineen keskikosteuden, kosteusgradientin, mitallistamishöyläyksen ja liitettävien aihioiden pituuden vaikutus jatketun tuotteen laatuun. Koekappaleita valmistettiin viisi höylättyä ja viisi sahapintaista luokkaa. Luokat valmistettiin eripituisista aihioista, puolen metrin jaolla. Koekappaleiden taivutuslujuus mitattiin nelipistetaivutuksella, standardin EN 408 mukaan. Taivutuskokeen jälkeen kappaleista mitattiin keskikosteus ja sahattiin koepalat kosteusgradientin mittaamiseksi. Koekappaleita valmistettiin yhteensä 37.8 m3. Tutkimuksissa selvisi, että kappaleiden keskikosteuden ja taivutuslujuuden välillä vallitsee heikko positiivinen riippuvuus. Kosteusgradientin ja taivutuslujuuden välillä riippuvuus on selkeämpi, kosteusgradientin kasvaessa myös taivutuslujuus lisääntyy. Tämä selittyy kappaleiden tiheyden vaihtelulla. Tiheämpiin kappaleisiin jää kuivauksessa suurempi kosteusgradientti. Aihioiden mitallistaminen pienentää taivutuslujuuden hajontaa ja vähentää raaka-aineen mittaheittojen aiheuttamia häiriöitä tuotannossa. Aihionpituus vaikuttaa murtumatyyppien jakaumiin ja aihioiden kierouteen. Sopivin aihionpituus on tässä tapauksessa 0.8-1.0 m. Puolet kappaleista murtui liitoksen ulkopuolelta, useimmiten oksan kohdalta. Paras tapa parantaa kappaleiden lujuutta on lujuuslajitella raaka-aine.

Tuotantotiedon hallinnan tietotekniset ratkaisut

Tiedonhallinta on yritykselle yhtä tärkeää kuin esimerkiksi materiaalien- tai henkilöstönhallinta. Tällä hetkellä yritykset eivät kuitenkaan vieläusein hyödynnä kaikkia tietotekniikan tarjoamia mahdollisuuksia. Useat valmistajat tekevät laitteita jotka on suunniteltu toimimaan vaativissa olosuhteissa. Myös tuotannonohjaus-ohjelmistoissa on alettu kiinnittää entistä enemmän huomiota niiden ulottumisessa tuotantotyöntekijöiden käyttöön asti. Tietoteknisten ratkaisuiden suorituskyky ei enää aseta rajoituksia tuotantotiedon hallinnan kehittämiselle. Työssä kartoitettiin valmistavan teollisuuden tuotantotiedon hallinnan tietoteknisiä ratkaisuja ja niiden tarjoamia mahdollisuuksia tiedon keräämiseen, käsittelyyn ja välittämiseen oikeaan paikkaan oikeaan aikaan.Erityistä huomiota kiinnitettiin ratkaisujen ulottuvuudesta tuotantotyöntekijöille asti. Tutkimus on osa Tuotantotiedon Hallinta-tutkimushanketta ja työn toteutuksessa huomioitiin tutkimushankkeessa mukana olevien yritysten tarpeita tuotantotiedon hallinnan apuvälineille. Tietoteknisten ratkaisuiden perustekniikka on jo kypsää ja se ei aseta rajoituksia pilottihankkeen toteutukselle. Työssä kartoitettiin myös pilottihankkeeseen soveltuvia, markkinoilla olevia tuotannonohjausohjelmistoja. Ohjelmistot vaativat kuitenkin vielä jatkokehitystä täyttääkseen kaikki hankkeen tavoitteet.

Design of an Embedded Computer Board for Networking Applications

Tämä diplomityö tehtiin Convergens Oy:lle. Convergens on elektroniikan suunnittelutoimisto, joka on erikoistunut sulautettuihin järjestelmiin sekä tietoliikennetekniikkaan. Diplomityön tavoitteena oli suunnitella tietokonekortti tietoliikennesovelluksia varten asiakkaalle, jolta vaatimusmäärittelyt tulivat. Työ on rajattu koskemaan laitteen prototyypin suunnittelua. Työssä suunnitellaan pääasiassa WLAN-tukiaseman tietokone. Tukiasema onasennettavissa toimistoihin, varastoihin, kauppoihin sekä myös liikkuvaan ajoneuvoon. Suunnittelussa on otettu nämä asiat huomioon, ja laitteen akun pystyy lataamaan muun muassa auton akulla. Langattomat tekniikat ovat voimakkaasti yleistymässä, ja tämän työn tukiasema tarjoaakin varteenotettavan vaihtoehdon lukuisilla ominaisuuksillaan. Mukana on mm. GPS, Bluetooth sekä Ethernet-valmius. Langattomien tekniikoiden lisäksi myös sulautetut järjestelmät ovat voimakkaasti yleistymässä, ja nykyään mikroprosessoreita löytääkin lähesmistä vain. Tässä projektissa käytetty prosessori on nopeutensa puolesta kilpailukykyinen, ja siitä löytyy useita eri rajapintoja. Jatkossa tietokonekortille on myös tulossa WiMAX-tuki, joka lisää tukiaseman tulevaisuuden arvoa asiakkaalle. Projektiin valittu Freescalen MPC8321E-prosessori on PowerPC-arkkitehtuuriin perustuva ja juuri markkinoille ilmestynyt. Tämä toi mukanaan lisähaasteen, sillä kyseisestä prosessorista ei ollut vielä kaikkea tietoa saatavilla. Mekaniikka toi omat haasteensa mukanaan, sillä se rajoitti piirilevyn koonniin, että ylimääräistä piirilevytilaa ei juurikaan jäänyt. Tämän takia esimerkiksi DDR-muistit olivat haastavia reitittää, sillä muistivetojen on oltava melko samanpituisia keskenään. Käyttöjärjestelmänä projektissa käytetään Linuxia. Suunnittelu alkoi keväällä 2007 ja toimiva prototyyppi oli valmis alkusyksystä. Prototyypin testaus osoitti, että tietokonekortti kykenee täyttämään kaikki asiakkaan vaatimukset. Prototyypin testauksessa löytyneet viat ja optimoinnit on tarkoitus korjata tuotantomalliin, joten se antaa hyvän pohjan jatkosuunnittelua varten.

Pinnan ominaisuuksien karakterisointi kiiltomittalaitteella ja kiiltomittalaitteen soveltuvuus tuotannon laadunvarmistuksessa

Alahuulten, kärkilistojen, turboputkien ja telapinnoitteiden pinnankarheutta mitataan Rautpohjan tehtaalla nykyään pääosin koskettavalla pinnankarheusprofilometrilla. Profilometrin käyttö on hankalaa ja epäluotettavaa tai käytössä on muita ongelmia. Paperin kuituorientaation mittaamiseen käytetään nykyisin mm. TSO-menetelmää tai repäisymenetelmää. Tämän diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa diffraktiiviseen optiseen elementtiin perustuvan kiiltomittalaiteprototyypin mahdollisuuksia karakteroida pinnan ominaisuuksia ja tutkia kiiltomittalaitteen soveltuvuutta tuotannon laadunvarmistuksessa. Alahuuli-, kärkilista-, turboputki-, telapinnoite- ja paperinäytteistä valmistettiinnäytesarjoja, jotka mitattiin nykymenetelmin ja kiiltomittalaitteella. Tulostenkorreloituvuutta tutkittiin ja taloudellista merkitystä arvioitiin investointilaskelmin. Paperin kuituorientaation, paperin pinnan kuituorientaation ja telapinnoitteiden mittaaminen kiiltomittalaitteella osoittautui taloudellisesti erittäin merkittäväksi. Ennen mahdollista kiiltomittalaitteen käyttöönottoa prototyyppiä on kehitettävä, kiillon korreloituvuutta tulee tutkia edelleen ja aiheesta on tehtävä lisätutkimuksia.

Tuotannonsuunnittelun analysointi ja kehittäminen eräällä sahalaitoksella

Diplomityön tavoitteena oli analysoida ja kehittää työn toimeksiantajan UPM-Kymmene Wood Oy Korkeakosken sahan tuotannonsuunnittelua. Työn tärkein tavoite on saada selkeä toimintamalli tuotannonsuunnitteluun, jonka avulla pystytään läpäisemään 300 000 m3:n tai jopa tulevaisuudessa 320 000 m3:n vuosituotanto. Tuotannonsuunnittelulle asetettavat perusvaatimukset ovat raaka-aineen, tuotannon ja myynnin yhteensovittaminen, tilausten oikea-aikainen valmistus ja toimitus, asiakastyytyväisyys, laadun tasaisuus, reklamaatioiden minimointi ja ajosarjojen pituuden maksimointi. Tuotannon suunnittelussa on tärkeää tuntea raaka-aine- ja tuotejakaumat, varastot sekä materiaalivirrat. Tärkeitä osa-alueita tässä tutkimuksessaovat raaka-aine- sekä väli- ja valmisvarastojen seuranta, kierto sekä tuotannonohjaus. Tutkimuksessa perehdytään tuotantoon ja tuotannonsuunnittelun nykyiseen toimintaan ja apuvälineisiin. Tutkimuksen tuloksena kehitettiin tuotannonsuunnitteluun toimintamalli. Se vaatii tuotannonsuunnittelijalta tarkkaa analysointia ja tuotteiden läpimenoaikojen tuntemusta sekä kuivauksen maksimikapasiteetin hyödyntämistä.

Pölymittausmenetelmien luotettavuuden arviointi ja prosessiolosuhteiden vaikutus pölyävyyteen

Pölyäminen aiheuttaa ongelmia sekä paperin valmistuksessa paperikoneella että asiakkaalla painokoneella. Pölyäminen painokoneella aiheuttaa kumulatiivisia kertymiä painokumeille, -levyille ja kostutusvesijärjestelmään. Pölykertymistä seuraa painojäljen heikkenemistä, pesukertojen lisääntymistä ja tuotantokatkoja. Lisääntynyt painaminen tahmeilla offsetväreillä ja täyteaineiden käyttö paperin raaka-aineena on aiheuttanut paperin pölyämisherkkyyden kasvamista. Paperin pölyävyyteen vaikuttavia tekijöitä valmistuksessa, jälkikäsittelyssä ja jatkojalostuksessa on useita, mikä tekee ilmiöstä monimutkaisen. Paperin painatuksessa esiintyvän pölyävyyden ennakoimiseksi tutkittiin erilaisten pölymittausmenetelmien käytettävyys ja luotettavuus. Työssä käytetyt menetelmät olivatMac Millan Bloedel pölytesteri, R.A. Emerson & Company:n pölymittalaite, Finntesteri, SOLA, Masuga, arkkipainatus sekä IGT ja Prüfbau laboratoriopainatukset. Menetelmien luotettavuus arvioitiin vertaamalla saatuja pölytuloksia testipainatuksesta saatuihin pölytuloksiin ja Gage R&R testiä käyttäen. Lisäksi työssä selvitettiin paperin pölyävyyteen vaikuttavia tekijöitä, ja tutkittiin prosessiolosuhteiden vaikutusta paperin pölyävyyteen. Tutkimus osoitti tuotantoprosessin olosuhteissa tehtyjen muutosten aiheuttavan oleellisia muutoksia paperin pölyävyyteen. Käytettävän massan ominaisuuksilla, tuotantoprosessin kemian hallinnalla sekä paperin ominaisuuksista etenkin lujuus- ja formaatio-ominaisuuksilla on selkeästi yhteyttä paperin pölyävyyteen painatuksessa. Pölymittauksilla paperin valmistuksen yhteydessä voidaan tasollisesti arvioida paperinpölyävyys painatuksessa, mutta absoluuttisten tulosten saaminen on ilmiön monimuotoisuudesta johtuen mahdotonta. Käytetyistä menetelmistä tähän tuotantoprosessiin toimivin pölyävyyden mittamenetelmä on R.A. Emerson & Company:n pölymittalaite. Laite on yksinkertainen ja nopea käyttää, eikä toteutus vaadi suuria investointeja.

Valutoimitusprosessin ohjattavuuden kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli Karhulanvalimon valutoimitusprosessin ohjattavuuden kehittäminen. Asiakastyytyväisyyskyselyin on selvitetty valutoimitusprosessin nykytilaa ja kartoitettu kehityskohteita. Keskeisiksi kehityskohteiksi muodostuivat toimituskyvyn ja läpäisyajan kehittäminen. Kohdeyritystä on tutkittu ohjattavuusanalyysillä. Ohjattavuus analyysin perusteella parannuksen painopisteet suuntautuvat toimituskyvyn j a kapasiteetin hallinnan kehittämiseen. Työn keskeisiin aiheisiin liittyen on luotu kirjallisuuteen perustuva katsaus. Tärkeimpiä aihealueita ovat ohjattavuusanalyysi, varastojen hallinta ja tuotannon virtautus. Ennen varsinaisia kehitystoimenpiteitä on pyritty saamaan tietoa tämänhetkisen toiminnan tasosta ja pyritty löytämään parhaita toimintatapoja benchmarking-tyylistä toimintamallia soveltaen. Varastojen hallinnan kehittämistä työssä on lähestytty käytännönläheisesti. Varastoanalyyseihin perustuen on suoritettu kehitystoimenpiteitä ja luotu suunnitelmia sekä esitetty ehdotuksia varastojen hallinnan kehittämiseksi. Työssä on myös pyritty analysoimaan yksittäisiä tuotannon ohjattavuuden ongelmia ja pyritty näiden poistamiseen. Mikäli ohjattavuusongelman välitönpoistaminen ei ole mahdollista, on ongelmiin esitetty kehitysehdotuksia. Työssä on luotu suunnitelma läpäisyajan lyhentämiseksi tuotannon virtauttamiseen perustuen. Virtautuksessa on huomioitava materiaalien ja nimikkeiden suuri määrä, tuotannon layout ja tuotantovälineiden aiheuttamat rajoitukset. Layoutin muutostyössä on pyrittävä tiiviyteen. Diplomityön loppuosassa on tutkittu mahdollisuuksia Karhulan valimon ja sen pääasiakkaiden varastojen pienentämiseksi ja toiminnan kehittämiseksi toimituskykyä ja läpäisyaikaa vaarantamatta. Varastojen analysoinnin perusteella onmallinnettu varastoinnin taloudellista säästöpotentiaalia, vertailtu vaihtoehtoisia toimintamalleja ja esitetty kehitysehdotus sekä välttämättömiä toimenpiteitä varastoinnin kehittämiseksi.

Mikroaaltoradioiden tuotannonsuunnitteluprosessin kehittäminen

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää mikroaaltoradioiden tuotannonsuunnitteluun liittyvät haasteet ja ongelmat Nokia Networksin Espoon tehtaalla. Lisäksi tavoitteena oli esittää ongelmien ratkaisuvaihtoehtoja ja kehitysehdotuksia mikroaaltoradioiden tuotannonsuunnitteluun. Tutkimuksen teoriaosuudessa käsitellään tuotannonohjausta ja -suunnittelua sekä tuotannonsuunnittelussa käytettäviä tietojärjestelmiä, joita ovat toiminnanohjaus-järjestelmät (ERP) ja analysointi- ja suunnittelujärjestelmät (APS). Lisäksi käsitellään tiedon tärkeää merkitystä yrityksen resurssina. Empiirisessä osuudessa käsitellään mikroaaltoradioiden tuotannonsuunnittelua ja siihen liittyviä haasteita. Keskeisimpiä haasteita ovat tuotannonsuunnittelun päivittäiseen raportointiin kuluva aika sekä yhteistyö ja tiedonkulku sidosryhmien välillä. Työn tuloksissa esitettäviä kehitysehdotuksia toteuttamalla voidaan tuotannonsuunnittelusta tehdä entistä täsmällisempää ja samalla parantaa tehtaan toimitusvarmuutta.

Hybridilämmityksen vaikutus sähkön- ja lämmöntuotantoon

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää kaukolämmityksen rinnalla käytettävän toisen lämmitysmuodon, tässä tapauksessa sähkölämmityksen, vaikutusta sähkön- ja lämmöntuotantoon. Tämä tutkimus liittyy ¿Kehittyvä kaukolämpö -hankkeen pilottiosaan. Hankkeen pilottiosassa tutkitaan hybridilämmityksen kannattavuutta ja vaikutuksia sekä kuluttajan että yhdyskunnan kannalta. Tämätutkimus jatkaa jo aikaisemmin tehtyä tutkimusta 'Hybridilämmityksen kustannusvaikutukset', jossa tutkittiin kaukolämmityksen taloudellisuutta kuluttajan kannalta elinkaarianalyysin avulla. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on määrittää hybridilämmityksen niin taloudelliset kuin ympäristölliset vaikutukset yhdyskunnan kannalta. Yhdyskunnan osalta vaikutuksia tarkasteltiin referenssikaupungin avulla. Referenssikaupungin alkuarvot perustuvat jo aiemmin tähän pilottiosaan tehtyyn tutkimukseen 'Hybridilämmityksen kustannusvaikutukset'. Näitä arvoja hyväksi käyttäen referenssikaupungille perustettiin kaksi energian tuotantorakennemallia ja molemmille malleille kaksi eri skenaariota hybridilämmityksen kasvamisesta. Skenaarioissa otettiin huomioon myös päästökaupan vaikutukset. Molemmat skenaariot osoittivat päästökaupan vaikutukset mukaan luettuna, ettei sähkölämmityksen käyttäminen kaukolämmityksen ohella tuo ainoastaan yhdyskunnalle lisää tuotantokustannuksia, vaan se lisää myös päästöjä. Tulevaisuuden epävarmuutta analysoitiin herkkyysanalyysin avulla. Tutkimusta varten laadittiin tuontienergian ja kotimaisten polttoaineiden hinnoille kaksi skenaariota, joilla laskettiin vuositason tuotantokustannukset. Jokainen skenaario toi huomattavan lisän niin tuotantokustannuksiin kuin päästöihin. Eri skenaarioilla oli vaikutus kaukolämmön pysyvyyskäyrän muotoon ja näin myös voimalaitoksien käyttötunteihin. Laitoksien huipun käyttötunnit pienenevät ja tuotantokustannukset tuotettua energiayksikköä kohden kasvavat. Tapauksessa, jossa on edullista käyttää peruskuormalaitoksia mahdollisimman paljonvuoden aikana, hybridilämmityksen käyttäminen siirsi tilannetta päinvastaiseen suuntaan. Tämä suunta tarkoittaa sitä, että halpaa peruskuormatuotantoapitää korvata kalliimmalla ja enemmän päästöjä aiheuttavalla erillistuotannolla. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että mikäli sähkölämmityksen yleistyminen kaukolämmityksen rinnalla lisääntyy, aiheuttaa se yhdyskunnalle huomattavia lisäkustannuksia ja päästöjä. Yksi sähkölämmityksen käyttöä lisäävä tekijä on kuluttajien mielikuva. Kuluttajien mielikuva sähkölämmityksestä on, että se on asennuskustannuksiltaan edullinen ja helppo asentaa. Todellisuudessa sähkölämmityksen käyttäminen tuo odottamattomia lisäkustannuksia kuluttajille energiantuotantolaitoksien omien lisääntyvien tuotantokustannusten kautta. Nämä kustannukset voivat realisoitua esimerkiksi kohonneiden sähkön ja kaukolämmön energiamaksujen tai sähkön siirtomaksujen muodossa. Ainoastaan kuluttajien mielikuvien muuttamisella voidaan päästä yhdyskunnan kannalta taloudellisempaan ja ympäristöystävällisempään energiantuotantomalliin.

Tukki- ja parruoptimoinnintoimivuuden kehittäminen

Diplomityön tutkimusfunktio käsittelee toimeksiantajan, Stora Enso Timber Oy Ltd Kotkan sahan, sahalinjan optimointikokonaisuuden relevanttia ongelmakenttää. Tutkimuksen alussa profiloivan sahalinjan tukinpyörityksen, pelkan sivuttaissiirron tai sivulautaoptimoinnin toimivuudesta ei ollut varmuutta. Työn painopistealue on sivulautaoptimointi, jonka toimivuus tutkimuksen alussa on hyvin kyseenalaista tuotantoajossa. Työn tavoitteet kiteytyvät paremman raaka-aineen käyttösuhteen saavuttamiselle, jolloin pitkän aikajänteen kannattavuus on realistisempaa saavuttaa. Kotkan sahalinjan optimointijärjestelmässä on kokonaisuudessaan saavutettu tuotantoajoon hyväksyttävä taso. Tukinpyörityksen tarkkuudessa saavutettiin asetettu tavoite, eli 90 % pyöritystuloksista menee virheikkunaan ± 10° , sekä virheen keskiarvon itseisarvo jasen ympärillä olevan hajonnan summa on maksimissaan 10° . Pelkan sivuttaissiirto todettiin tutkimuksessa sekundääriseksi optimointijärjestelmäksi. Ohjaus perustuu tukkimittarin mittaamaan dataan, jolloin tukinpyörityksen hajonta aiheuttaa epätarkkuutta pelkan suuntauksessa. Pelkan sivuttaisiirron käyttäminen vaatii lisämittauksia, jolloin voidaan varmistua pelkan suuntauksen optimoinnin toimivuudesta. Sivulautaoptimoinnin toimivuuden kehittämisessä saavutettiin se taso, missä todellista kehitystyötä voidaan tehdä. Koeajoissa ja optimointiohjelman tarkastamisessa havaittiin periaatteellisia virheitä, jotka korjattiin. Toimivan sivulautaoptimoinnin myötä on mahdollista hallita paremmin tuotannonohjaus, jolloin tuotanto voidaan etenkin sivulautojen osalta kohdentaa paremmin vastaamaan kysyntää sekä asete-erän hyvää käyttösuhdetta. Raaka-aineen käyttösuhde on parantunut. Yksittäisten asetevertailujen sekä esimerkkilaskelmien perusteella tuottopotentiaali tukinpyörityksen ja sivulautaoptimoinnin osalta on 0,6...1,5 MEUR Välillinen tuottopotentiaali on suurempi, koska tuotantoprosessi sahauksen osalta on erittäin joustava markkinoiden tarpeen muutoksille. Sahalinjalla on mahdollista tuottaa helposti laajalla tukkisumalla laajaa tuotematriisia, jossa sivulautaoptimoinnilla on avainrooli. Tuotannonsuunnittelufunktiota tulee kehittää vastaamaan mahdollisuuksiin,joita sivulautaoptimointi tarjoaa. Tuotematriisi ja sitä vastaavat asetteet lankeavalla tukkisumalla tulee rakentaa uudestaan niiltä osin, joihin sivulautaoptimointi antaa variaatiomahdollisuuksia.

Digitaalisten oppimateriaalien tuottaminen ja uudelleenkäytettävyys

Työssä tarkastellaan digitaalisten oppimateriaalien tuottamiseen ja käyttöön liittyviä ongelmia sekä oppimateriaalien digitaalisuuden mukanaan tuomia etuja ja haittoja. Työssä perehdytään digitaalisten oppimateriaalien tuotannon tekniikoihin ja määrittelyihin. Painopisteenä on erityisesti oppisisältöjen metatiedon muodostamiseen tarkoitetut määrittelyt, sekä digitaalisten oppimateriaalien koostamiseen tarkoitettu SCORM-määrittely. Työnpyrkimyksenä on antaa lukijalle laaja kuva siitä, mitkä ovat ne keinot, joiden avulla nykyisillä tekniikoilla voidaan tuottaa uudelleenkäytettävää, laadukasta digitaalista oppimateriaalia.

MIG-juotto väsymiskestävyyden parantamismenetelmänä

Tässä tutkimuksessa esitellään MIG-juoton periaatteet ja tarkastellaan menetelmää siitä näkökulmasta, että menetelmä voisi toimia yhtenä varteenotettavana hitsattujen liitosten väsymiskestävyyden parantamismenetelmänä. Muiden parantamismenetelmien laajaa kirjoa esitellään lyhyesti. MIG-juoton soveltuvuutta parantamismenetelmäksi tutkittiin väsytyskokein. Kokeiden avulla määritettiin pelkästään MIG-juotetun liitoksen väsymiskestävyys erilaisissa tapauksissa. Lisäksi määritettiin väsymiskestävyys tapauksessa, jossa perinteisen MAG-pienahitsin rajaviivalle MIG-juotetiin ylimääräinen palko. Jälkimmäisessä tapauksessa menetelmä toimii väsymiskestävyyden parantamismenetelmänä. Väsytyskokeita tehtiin kaikkiaan 63 kpl.Kaikkiaan erilaisia väsytyskoesarjoja oli kymmenen, joista kuusi oli 8-10 koekappaletta käsittäviä varsinaisia tutkittavia tapauksia ja neljä pieniä, vain kaksi tai kolme koesauvaa käsittäviä pilottikoesarjoja. Koetuloksia verrattiin IIW:n(International Institute of Welding) suunnitteluohjeisiin ja suosituksiin. MIG-juotettujen liitosten väsymiskestävyys oli yleisesti ottaen hyvä. Päittäisliitosoli vähintään yhtä hyvä kuin tavanomaisesti hitsattu. Voimaa kantavassa taivutustapauksessa saatiin 110 % parempi väsymislujuus verrattuna IIW:n suunnitteluohjeeseen. Voimaa kantamattomissa poikittaisissa kiinnitysliitoksissa puolestaan saavutettiin paikallisia nimellisiä jännityksiä käyttäen 70-80 %:n parannus suunnitteluohjeeseen nähden. Pelkästään MIG-juotetun liitoksen ja 'parannetun' liitoksen väsymislujuudet olivat tässä tapauksessa likimain yhtä suuret. MIG-juottoa käytetään vaihtoehtoisena liittämismenetelmänä jo joissakin teollisissa sovelluksissa. Tämän tutkimuksen koetulokset antavat selviä viitteitä siitä, että menetelmä voisi toimia yhtenä varteenotettavana väsymiskestävyyden parantamiskeinona uusille tai korjatuille rakenteille. Vaaditaan kuitenkin vielä lisätutkimuksia, jotta menetelmää voisi soveltaa luottavaisin mielin tuotantokäytössä väsymiskestävyyden parantamismenetelmänä.

Mekanismien dynamiikan simuloinnissa sovellettavia numeerisia- ja mallinnusmenetelmiä

Koneet voidaan usein jakaa osajärjestelmiin, joita ovat ohjaus- ja säätöjärjestelmät, voimaa tuottavat toimilaitteet ja voiman välittävät mekanismit. Eri osajärjestelmiä on simuloitu tietokoneavusteisesti jo usean vuosikymmenen ajan. Osajärjestelmien yhdistäminen on kuitenkin uudempi ilmiö. Usein esimerkiksi mekanismien mallinnuksessa toimilaitteen tuottama voimaon kuvattu vakiona, tai ajan funktiona muuttuvana voimana. Vastaavasti toimilaitteiden analysoinnissa mekanismin toimilaitteeseen välittämä kuormitus on kuvattu vakiovoimana, tai ajan funktiona työkiertoa kuvaavana kuormituksena. Kun osajärjestelmät on erotettu toisistaan, on niiden välistenvuorovaikutuksien tarkastelu erittäin epätarkkaa. Samoin osajärjestelmän vaikutuksen huomioiminen koko järjestelmän käyttäytymissä on hankalaa. Mekanismien dynamiikan mallinnukseen on kehitetty erityisesti tietokoneille soveltuvia numeerisia mallinnusmenetelmiä. Useimmat menetelmistä perustuvat Lagrangen menetelmään, joka mahdollistaa vapaasti valittaviin koordinaattimuuttujiin perustuvan mallinnuksen. Numeerista ratkaisun mahdollistamiseksi menetelmän avulla muodostettua differentiaali-algebraaliyhtälöryhmää joudutaan muokkaamaan esim. derivoimalla rajoiteyhtälöitä kahteen kertaan. Menetelmän alkuperäisessä numeerisissa ratkaisuissa kaikki mekanismia kuvaavat yleistetyt koordinaatit integroidaan jokaisella aika-askeleella. Tästä perusmenetelmästä johdetuissa menetelmissä riippumattomat yleistetyt koordinaatit joko integroidaan ja riippuvat koordinaatit ratkaistaan rajoiteyhtälöiden perusteella tai yhtälöryhmän kokoa pienennetään esim. käyttämällä nopeus- ja kiihtyvyysanalyyseissä eri kiertymäkoordinaatteja kuin asema-analyysissä. Useimmat integrointimenetelmät on alun perin tarkoitettu differentiaaliyhtälöiden (ODE) ratkaisuunjolloin yhtälöryhmään liitetyt niveliä kuvaavat algebraaliset rajoiteyhtälöt saattavat aiheuttaa ongelmia. Nivelrajoitteiden virheiden korjaus, stabilointi, on erittäin tärkeää mekanismien dynamiikan simuloinnin onnistumisen ja tulosten oikeellisuuden kannalta. Mallinnusmenetelmien johtamisessa käytetyn virtuaalisen työn periaatteen oletuksena nimittäin on, etteivät rajoitevoimat tee työtä, eli rajoitteiden vastaista siirtymää ei tapahdu. Varsinkaan monimutkaisten järjestelmien pidemmissä analyyseissä nivelrajoitteet eivät toteudu tarkasti. Tällöin järjestelmän energiatasapainoei toteudu ja järjestelmään muodostuu virtuaalista energiaa, joka rikkoo virtuaalisen työn periaatetta, Tästä syystä tulokset eivät enää pidäpaikkaansa. Tässä raportissa tarkastellaan erityyppisiä mallinnus- ja ratkaisumenetelmiä, ja vertaillaan niiden toimivuutta yksinkertaisten mekanismien numeerisessa ratkaisussa. Menetelmien toimivuutta tarkastellaan ratkaisun tehokkuuden, nivelrajoitteiden toteutumisen ja energiatasapainon säilymisen kannalta.

Voimalaitoksen tuotannon optimointijärjestelmän suunnittelu

Tässä diplomityössä on suunniteltu ja toteutettu tuotannon optimointijärjestelmä Kotkan Energia Oy:n tuotantolaitoksille sekä osto- ja myyntisopimuksille. Työssä on kerätty ja laskettu Kotkan Energian tuotantolaitosten teknisiä ja suunnittelutietoja, sekä esitelty eri laitteiden ja tuotantolaitosten toimintaa. Lisäksi on käyty läpi kaukolämmön ja prosessihöyryn kulutusta, kulutuksien ennustamista ja tuotantojärjestelmiä, sekä sähkökauppaa ja laitoksilla käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia ja hintoja. Voimalaitoksen laitteille on laskettu hyötysuhteet ja tuotteiden hinnat erilaisilla kuormilla. Laskelmien avulla on tehty polynomisovitteet laitteiden hyötysuhteille. Polynomisovitteet ja muu laitosten toiminnasta kerätty ja laskettu tieto on siirretty Kotkan Energian tietohallintopäällikön kanssa yhteistyössä kehitettyyn tietokonepohjaiseen optimointiohjelmaan. Myös optimoinnin teoriaa ja menetelmiä on käyty lyhyesti läpi. Optimointiohjelman avulla pystytään nyt laskemaan erilaisten kaukolämmön, prosessihöyryn ja sähkön hintojen ja kulutusten mukaisia optimaalisia ajotapoja Hovinsaaren voimalaitoksen tuotannolle ja hankintasopimuksille. Optimointiohjelmalla pyritään maksimoimaan energiantuotannon kokonaistuottoa tai minimoimaan tuotantokustannuksia annettujen ja ennustettujen alkuarvojen mukaisesti. Ohjelman antamia tuloksia voidaan käyttää apuna esimerkiksi tuotannon suunnittelussa ja budjetoinnissa. Laskelmat ja ohjelman kehittäminen ovat onnistuneet hyvin ja ohjelman käyttämisestä ja testaamisesta saadut tulokset vaikuttavat oikeanlaisilta ja luotettavilta. Optimointiohjelma on nyt käytössä ja jatkokehittely jatkuu myös diplomityön valmistumisen jälkeen.

Kartonkikoneen tuotannonsuunnittelu jalostuslähtöisesti

Työn tarkoituksena oli selvittää monipope-menetelmän taustaa, menetelmän karkea tekninen toteutus, sovellettavuus kartonkikone KA1:n tuotantoon ja menetelmän mukanaan tuomat edut ja haitat, sekä ratkaisumallit mahdollisten tuotannollisten häiriötilanteiden ratkaisemista varten. Työssä selvitettiin myös tuotannon, tuotannon-suunnittelun, varastoinnin, asiakaspalvelun ja tuottavuuden tehostamista monipope-menetelmän avulla, sekä tuotannonsuunnittelun jalostuslähtöisyyden korostamista. Työn kirjallisuusosassa käsitellään lyhyesti toiminnanohjauksen, tuotannonsuunnittelun ja materiaalinhallinnan perusteiden lisäksi tuotannon-suunnittelussa hyödynnettävän tietojärjestelmän toimintaa ja kartonkitehtaan tuotantoprosessi kartonkikoneiden ja muovipäällystyskoneiden osalta. Kokeellisessa osassa perehdyttiin tuotannon ja tuotannonsuunnittelun tämän hetkiseen tilaan, selvitettiin monipope-menetelmän idea ja sen karkea tekninen toteutus ja tutkittiin monipopemenetelmän sovellettavuutta pohjautuen toteutuneeseen tuotantoon ja nykyisiin tuotannon rajoitteisiin. Välivarastointikapasiteetin rajoittaminen johti päällystyskapasiteetin uudelleen organisoimisen ja nykyisen kapasiteetin riittävyyden selvittämiseen koetrimmitysten avulla. Lisäksi selvitettiin uuden menetelmän avulla saavutettavaa tuotannon nousua erityisesti jatkojalostuksen osalta. Monipope-menetelmän sovellettavuustutkimuksissa havaittiin uuden menetelmän tuovan mukanaan lukuisia etuja ja säästöjä muun muassa materiaalikulujen alentumisen ja vähentyneiden työvaiheiden kautta. Kartonkikone KA1:n tuotteiden jatkojalostuksen tuotannon nousuksi määritettiin noin 2 %:ia ja tämän lisäksi uusi menetelmä yksinkertaistaisi ja helpottaisi koko kartonkitehtaan rullaliikennettä ja varastojen hallintaa. Menetelmä toisi uusia toimintamalleja KA1:n tuotannon häiriötilanteiden varalle, lisäisi tuotannonsuunnittelun joustavuutta ja helpottaisi myös asiakaspalvelun ja laaduntarkkailun kehittämistä. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta, että monipope-menetelmän tuomat edut ovat kiistattomat. Menetelmän soveltamisen mahdollisuuksia tulisikin miettiä jatkossa investointeja suunnitellessa, jotta menetelmän toteuttaminen kohtuullisin investointikustannuksin nykyisten tuotantoedellytysten lisäksi olisi mahdollista.